侯艳 李红卫 田鹏 张旭超
（国网河南省电力公司郑州供电公司 河南郑州 450000）
摘要：传统的零序电流保护、主变差动保护和电子式差动保护为例，介绍了各自保护原理和进行了类比，验证了由电子式电流互感器构成的差动保护，具有信号传输误差小、保护动作可靠和正确率高的优势。数字化变电站运用电子式互感器保护和光缆通信网络技术，改变了常规变电站的陈旧保护模式，显著提高了数字化变电站保护动作的准确性，对上海电网的安全稳定运行，提供了可靠保证。
关键词：数字保护；变电站；安全运行水平
1 由互感器构成保护的可靠性比较
1)以零序电流保护为例由传统的电流互感器所构成的零序电流保护原理图如图l(a)所示。流过零流继电器的电流是A、B、C三相电流的向量和，在A、B、C三相完全对称时，理论上流过零流继电器的电流应该为零，但是由于A、B、C三相电流互感器铁磁特性的不同，实际上会造成三相二次电流不同程度的误差，在零流继电器中流过不平衡电流。在设定保护整定值时，必须躲过这个不平衡电流。
由电子式电流互感器构成的零序电流保护原理图如图1(b)所示。数字式保护继电器分别接收A、B、C三相电子式电流互感器经光纤传输的反映一次电流值大小的数字信号。由于电子式电流互感器要比传统电流互感器的误差小得多，因此在A、B、C三相数字量之间的偏差很小，没有像传统保护中二次负载对误差的附加影响，所以经继电器预定算法运算之后所取得的反映不平衡电流的数字量也随之减小。正是由于这个不平衡电流的减小，所以可以适当降低保护的整定值，进一步提高保护的灵敏度。
2)以主变差动
保护为例传统电流互感器构成的单相变压器差动保护如图2(a)所示。在正常运行时，流过差动继电器的电流f。是变压器两侧二次电流之差，理论上为零，但由于电流互感器误差的存在，实际上流过数值较小的不平衡电流。当差动保护区以外的d点发生短路故障时，变压器高低压两侧电流互感器中均流过数值很大的穿越性短路电流，此时，变压器差动保护不应该动作。但若高低压两侧的电流互感器选择不当，一次电流互感器在该短路电流作用下进入饱和区，而另一侧电流互感器尚未进入饱和区，则此时流过差动继电器的不平衡电流将极速增加，有可能导致差动保护的误动作。
3)以电子式差动保护为例电子式电流互感器构成的差动保护原理图如图2(b)所示。正常运行时，差动继电器接收反映变压器高低压两侧一次电流数值大小的数字信号，经预定算法计算，得到反映不平衡电流数字量，由于电子式互感器的高精度，该不平衡电流比电磁式保护的不平衡电流要小很多，所以在发生外部短路故障时，变压器高低压两侧虽然也流过数值很大的穿越短路电流，但由于电子式互感器线性工作范围很大，因此不会进入电子式互感器的饱和区，其误差不会明显增加，不平衡电流也就不会产生对保护有明显影响的作用，可以有效防止区外故障是差动保护的误动作，从而提高保护的动作可靠性。
2继电保护的可靠性比较
2.1传统主变差动保护装置
传统的继电保护装置是利用电磁式电流互感器、电压互感器(TV)，将反映一次系统电流、电压的二次模拟量通过导线、电缆、试验端子等接入继电保护装置，再由继电保护装置将上述模拟量与整定值进行比较，决定保护装置的动作行为。
由BCHl型差动继电器构成的传统主变差动保护电流回路原理图如图3所示。从图3可以看出5个方面的问题。
1)整个交流电流回路使用了3SD(35 KV差动试验端子)，4SD(10 KV差动试验端子)，5SD(总差试验端子)共三组电流试验端子，而且电流互感器、电流试验端子(1LH。．b，。及5LH。’b．。)、差动继电器(1CJ～3CJ)之问的连接完全依靠二次导线完成，环节很多，只要其中一个连接环节接触不良或者发生断线就会在断开点形成高电压，危急设备和人身安全，同时使得总差回路电流大幅增加，造成保护误动作。
2)在正常运行时，若BCHl型差动继电器自身发生故障，会导致保护误动；若在电流互感器至差动继电器之间的任一相二次导线上发生一点接地，就会因两点接地使得该相的二次电流无法流入差动继电器，造成保护误动。
3)由于BCHl型差动继电器轮换周期较短为6年一次，每次调换都需要完成旧继电器拆换以及新继电器接线工作，在这个过程中，极易发生接线错误和接线接触不良等情况，给保护装置的错误动作埋下隐患。
4)在每年的专业巡视中，还需对主变差动保护进行带负荷测量不平衡电流或电压。测量时需要先将毫安表与总差试验端子并接，然后再打开总差试验端子进行测量，在这个操作过程中极易造成电流回路开路而引起过电压，危及测量人员的人身安全。倘若在安全措施不充分的情况下，未事先打开差动压板，会造成保护误动。
5)保护装置运行年限较长而且变电站的运行环境较为恶劣时，电气试验端子、接线端子、接线桩头均可能发生氧化，导致接触电阻增大，埋下故障隐患，直接影响保护装置的可靠动作。
综上所述，如果不重视和不排查上述5个方面的问题，制定相应措施，都会给保护系统埋下事故隐患，降低保护动作的可靠性。
2．2数字式继电保护装置
数字化变电站继电保护装置的一个重大变革，就是采用光缆通信网络取代二次电缆，电子式互感器输出的反映一次系统电流、电压的数字量，按照IEC 61850规约在通信网络上直接分配给相应的数字化继电保护装置，这对提高整个保护装置的可靠性，具有重大意义。
数字化变电站差动保护与传统主变差动保护的一个明显区别在于：数字化变电站采用光缆替代了传统的二次导线，减少了连接环节，断线的概率要比二次导线回路开路的概率低得多。由于在光缆网络中光电传递的是反映-一次电流大小的数字量，因而，即使发生光缆断线，不会产生传统差动保护二次导线断线出现的高电压，也不会危及人身和设备安全。同时，由于数字化保护装置具有相应的光缆断线闭锁功能，因此保护装置不会误动。数字化变电站差动保护较之传统的差动保护，在可靠性方面具有显著优势，极大地提高了保护动作的正确率。而光缆通信网络的应用，除了提高保护动作的可靠性外，还可以实现各类信息资源的共享，例如：一组电子式电流互感器提供的数字量，不仅可以提供给差动保护用，而且还可以提供给后备保护、测量装置、故障录波、电能计量装置等使用，实现了最大限度的数据资源共享，不但减少了电流互感器的数量，利于设备实现小型化，而且节约了资源，降低了成本。此外，光缆组网形成的通信网络，较之传统的二次导线连接成的数据传输回路接线更简洁、成本更低廉，是当今变电站的发展方向。
结束语
运行表明，单个电子式互感器的误差，要比老式的电磁式互感器的误差小得多。使用电子式互感器，不但可以提高测量精度，而且可以提高保护的灵敏度和可靠性。将电子式互感器应用于由多个电流互感器构成的保护系统中，不但改善了整体的保护性能，而且输出信号更加稳定和精度高。将数字式电气设备作为数字化变电站的核心组成部件，其可靠性对整个变电站的可靠运行起着至关重要的作用。数字化变电站运用电子式瓦感器和光缆通信网络技术，改变了常规变电站的保护模式，尤其是电子式互感器特有的结构特性，以及采用光缆替代二次电缆所带来的对信号传输和接线方法的改变，使得数字化变电站的运行可靠性要比常规变电站高。
参考文献
[1]杨建祥.采用数字保护技术提高变电站安全运行水平[J].山东工业技术,2014(9).
[2]潘麟.采用数字保护技术提高变电站安全运行水平[J].电力与能源,2012(10).
[3]王先兵,张学东,何涛,等.三维虚拟变电站数字可视化管理与监控系统[J].武汉大学学报(工学版),2011(6).
作者简介：
侯艳（1978－），女，河南郑州人，技师，研究方向：变电运维智能化；
李红卫（1977－），男，河南郑州人，技师，研究方向：变电运维；
田鹏(1989－)，男，山东郓城人，助理工程师，研究方向：变电运维；
张旭超(1992－)，男，河南新野人，研究方向：变电运维
论文作者:侯艳,李红卫,田鹏,张旭超
论文发表刊物:《电力设备》2016年第11期
论文发表时间:2016/8/15
标签：电流论文; 变电站论文; 差动论文; 继电器论文; 互感器论文; 电流互感器论文; 保护装置论文; 《电力设备》2016年第11期论文;